Published Article / RFID can work in conjunction with sensors in material handling especially on a conveyor belt. A dozen different graded tagged products can be picked up by the RFID system in real-time and transported to respective chutes into automatic guided vehicles (AGV) for transportation to specific storage locations. The development of this system is now at an advanced stage. Our predictions to date show that the application of RFID in material handling in a manufacturing environment can assist in the fast flow of components throughout the assembly line beyond what available systems can do.

The motive of this research is to develop a good stacking method with an automatic material handling system and the procedures that can increase productivity, reduce production costs, and prevent labor injury. A diversity of products leads to a number of different kinds of stacking problems. Much research has been done focusing on two-dimensional arrangement for rectangles, circles or irregular shapes, and threedimensional regular-shaped objects such as rectangular boxes. To solve stacking problems, many algorithms such as the genetic algorithm, simulated annealing and other heuristic algorithms have been proposed. The three-dimensional stacking problem has a practical application in the transportation, manufacturing, and construction industries. There has been relatively little emphasis on three-dimensional irregular objects; however, stacking three-dimensional irregular objects has become more common in industry. In this thesis research, three heuristic algorithms are proposed to stack irregular stone pieces nested in a container with multiple layers. Primary functions of the heuristic algorithms include three major parts. First, it approximates irregular shapes to a cluster of straight lines. Secondly, it arranges the approximated angles one-by-one with the proposed step-by-step rule. Finally, it considers the weight of the stone pieces from the pixel calculation for reasons of stability. The first and second algorithms are based on the area and angle of the stone piece and the third one is based on the approximated weight of the stone. An automatic real-time stacking system including pneumatic devices, sensors, relays, a conveyor, a programmable logic controller, a robotic arm, and a vision system was developed for this study. The algorithms developed were tested by this automatic stacking system for better utilization. Three performance measures were presented in the experimental result. Comparisons between the results from three proposed algorithms and that from the bottom-back-left algorithm are made. Experimental data demonstrate that the utilizations and the stabilities of the three proposed algorithms are statistically better than that of the bottom-back-left algorithm. However, the cycle times of the three proposed algorithms have no statistical difference from that of the bottom-back-left algorithm. In addition, a statistical test between each proposed algorithm is also conducted. Both the utilizations and stabilities have statistical differences between each proposed algorithm while the cycle times do not. The results of this study show that the algorithm developed works effectively for solving the stone-pieces stacking problem.

Composants essentiels de tout ordinateur, les semi-conducteurs sont utilisés dans de nombreux secteurs. Les percées technologiques dans ce domaine imposent un rythme vertigineux aux industriels. Tous les deux ans environ, la capacité des puces est doublée et leur prix est divisé par deux. Le diamètre des plaquettes de silicium augmente et, regroupées en lots, les plaquettes sont plus lourdes à transporter. Les systèmes automatiques de transport (AMHS) se présentent comme une excellente alternative. Le prix très élevé des équipements de production fait que l’objectif est de saturer les capacités de production. Pour y parvenir, il est important que le système de transport et de stockage garantisse que les machines n’attendent pas des lots disponibles, et aussi que les lots n’attendent pas une machine disponible.Dans la littérature, la complexité du problème (jusqu’à 700 étapes de fabrication, flux réentrants, etc.) fait que les études de modélisation du transport se font avec de fortes hypothèses sur la production ou inversement. Pourtant, le transport est un service pour la production. Cette thèse propose une approche de modélisation permettant d'intégrer le plus fidèlement possible les contraintes de transport, production et stockage, afin d'améliorer les indicateurs clés de la production. Une analyse détaillée du système a permis de construire un modèle de simulation à événements discrets. Enfin, après une validation industrielle, l'étude complète du modèle a permis d'analyser les paramètres critiques de gestion du transport. Les résultats permettent une meilleure compréhension du système et mettent en exergue d'intéressantes perspectives de recherche. / Essential components of all computers, semiconductors are widely used in many sectors. Quick advances in these technologies force a challenging rhythm to manufacturers. Following the Moore’s Law, chip capacity doubles approximately every two years and prices are divided by two. Thus, the increase of the diameter of wafers to 300 mm makes them heavier to transport in lots. Automated Material Handling Systems (AMHS) are an excellent alternative to tackle this problem. Because of the high price of production equipment, the goal is to use production capacity as much as possible while avoiding to keep too much inventory. To reach this goal, it is important that the transportation and storage system ensures that machines do not wait for available lots, and also that lots do not wait for available machines. In the literature, due to the problem complexity (up to 700 steps, re-entrant flows, etc.), the modeling of transportation is made with strong assumptions on the production or vice-versa. However, transport is a service for production. This thesis aims at providing a modeling approach that allows the integration in details transport, production and storage constraints, in order to improve production key indicators. A detailed understanding of the system allows us to build of a discrete event simulation model which is, in our point of view, the best compromise between the necessary level of details and computational times. Finally, through industrial validations, the complete study of the model allows critical parameters of transport management to be analyzed. The results help to get a better understanding of the system and open interesting research perspectives.

In der Intralogistik führen technologieabhängig gekoppelte, drehzahlvariable Mehrmotorensysteme zu hohen Schwankungen im elektrischen Leistungsbedarf, der u.a. von der transportierten Gütermenge abhängt. Aufgrund der Überlappung der Lastanforderungen einzelner Verbraucher entstehen beträchtliche Lastmaxima, die das Versorgungsnetz belasten und eine Überdimensionierung der Infrastruktur erfordern. Ein räumlich ausgedehnter Gleichspannungsverbund in Kombination mit einem Energiespeichersystem sowie die Anpassung der Steuerung bieten Lösungen zur Verringerung der Netzanschlussleistung und des Energiebedarfs. Darüber hinaus ermöglichen solche Systeme eine effektive Rückgewinnung von potentieller und Bremsenergie. Am Beispiel eines Lagersystems mit Regalbediengeräten wird ermittelt, welche Reduktion des Netzleistungsbedarfs und Energieverbrauchs erreicht werden kann. Dabei werden ebenfalls die Auswirkungen auf die Durchsatzleistung des Systems untersucht. Dazu kommen Modelle des Bewegungsablaufes, der Komponenten der Antriebsstränge mit Abbildung von Mechanik, Getriebe, Motoren, Umrichter und der Speicher in einem Materialflussmodell zum Einsatz. Die Materialflusssimulationsumgebung wird dazu um die kontinuierlichen Modelle zu einem kombinierten Systemmodell erweitert und leistungsbegrenzende Steuerungsansätze im Zusammenwirken mit dem erweiterten Gleichspannungsverbund sowie den elektrischen Speichersystemen analysiert. Abschließend erfolgt die Ermittlung der Wirtschaftlichkeit der einzelnen Lösungen. Das Ergebnis ist ein Verfahren zur effizienten Betriebsweise von Intralogistiksystemen sowie eine Methode zur Dimensionierung eines räumlich ausgedehnten Gleichspannungsverbunds mit elektrischem Speicher. Zusammenfassend werden wirtschaftliche Maßnahmen identifiziert, die elektrische Lastmaxima reduzieren, die Schwankungen in der externen Energieversorgung verringern und die Energieeffizienz von Intralogistiksystemen verbessern. / In intralogistics, technologically linked, variable-speed multi-motor systems cause high fluctuations in electrical power demand due to variations in the amount of transported goods. These fluctuations often result in overlapping load demands by various consumers, which strain the supply network and require overdimensioning of infrastructure. To address this issue, a physically extended DC link, in combination with an energy storage system as well as adapted control, can reduce both grid power demand and energy consumption while allowing for the recovery of potential and braking energy. To evaluate the achievable reduction of grid power and energy demand, models were developed for individual components such as drive trains with motor, inverter, storage, axis coordination and material flow simulation with sequence control. An example of a warehouse system with storage and retrieval machines was used to determine the effects on throughput performance. To achieve this, the material flow simulation environment was extended to a combined system model, and performance-limiting control approaches were analyzed in interaction with the extended DC link and storage. Subsequently, economic feasibility of the individual solutions was determined. The result is a procedure for efficient operation of intralogistics systems and a methodology for dimensioning a physically extended DC link with electrical storage. The overall objective was to identify economic solutions that reduce electrical load peaks, balance external energy supply, and make intralogistics systems more energy-efficient. In conclusion, this study identifies economically viable solutions that can reduce electrical load peaks, balance external energy supply, and improve energy efficiency of intralogistics systems.

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind eine bedeutende Komponente zur Automatisierung von Produktions- und Logistiksystemen. Ihr effizienter Einsatz ist relevant für die Gewährleistung einer hohen Logistikqualität. In diesem Zusammenhang ist die Optimierung der FTS-Steuerung das Ziel zahlreicher Forschungsarbeiten. Die untersuchten Ansätze sollen dazu beitragen, die Leistung von FTS zu verbessern und damit einen möglichst effizienten Einsatz der Technik zu erzielen. In dieser Arbeit wird untersucht, ob das Leistungsverhalten von FTS durch dynamische Ladungsträgertransfers optimiert werden kann. Auf der Grundlage einer Adaption der Einsatzplanung ermöglicht der Ansatz einen Austausch von Ladungsträgern zwischen den Fahrzeugen während der Transportausführung. Auf diese Weise können Synergieeffekte, beispielsweise durch das Kombinieren von Transportaufträgen mit ähnlichem Ziel, genutzt werden. Transfers wurden für Anwendungsgebiete wie den Personen- oder Gütertransport bereits konzeptionell untersucht. Es ist offen, wie sie für FTS realisiert werden können und welche Effekte bezogen auf das Leistungsverhalten mit ihnen verbunden sind. Die Analyse stützt sich auf die Ausarbeitung eines Konzeptes, welches den dynamischen Transfer von Ladungsträgern für FTS ermöglicht. Mit ihm werden die Erkenntnisse aus vergleichbaren Domänen mit den Anforderungen an die Gestaltung von FTS zusammengeführt. Die daraus resultierende Planungsaufgabe wird durch ein mathematisches Modell beschrieben. Dieses zielt auf die Reduzierung der operativen Einsatzzeit der Fahrzeuge zur Ausführung der Transporte. Anhand des Modells werden ausgewählte Berechnungsverfahren zur Steuerung von FTS auf die neuartige Planungsaufgabe adaptiert. Die Evaluierung beruht zunächst auf der Untersuchung von Testinstanzen, die vom Umfang begrenzte Planungsszenarien im Kontext des Einsatzes von FTS in der Intralogistik beschreiben. Darauf aufbauend wird anhand einer Materialflusssimulation bewertet, ob das Konzept auf ein dynamisches System mit den dafür charakteristischen stochastischen Unsicherheiten und der Echtzeitanforderung an die Berechnung von Steuerungsentscheidungen übertragbar ist. Im Ergebnis wird ein Konzept beschrieben, das dynamische Transfers auf den Anwendungsfall FTS überträgt. Relevante Berechnungsverfahren wurden so adaptiert, dass sie eine Echtzeitsteuerung unter Berücksichtigung dynamischer Transfers erlauben. Im Rahmen der Evaluierung konnte die operative Einsatzzeit für die untersuchten Testinstanzen um bis zu 30 % reduziert werden. Der erzielbare Effekt ist von der Charakteristik der Planungsaufgabe (z. B. Lastwechselzeit der Fahrzeuge) abhängig. Für geeignete Konfigurationen konnten auch bei einer fortlaufenden Planung wesentliche Effekte identifiziert werden, in denen die operative Einsatzzeit der Fahrzeuge um mehr als 10 %, beziehungsweise die Anzahl benötigter Fahrzeuge reduziert wurde. Damit kann geschlussfolgert werden, dass dynamische Ladungsträgertransfers das Leistungsverhalten von FTS positiv beeinflussen können. Übergeordnet bietet das Konzept damit das Potenzial, die Effizienz bzw. die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von FTS zu verbessern oder eine Anwendung überhaupt erst möglich zu machen. / Automated Guided Vehicle Systems (AGVS) are essential to automate production and logistics systems. Their efficient operation is crucial to ensure high logistics quality. As a result, optimizing the control of AGVS is the subject of numerous research activities to improve system performance and achieve the most efficient use of the equipment. This thesis investigates whether the performance of AGVS can be optimized by dynamic transport load transfers. Through an adapted task assignment, the approach enables the exchange of transport loads between vehicles during transportation. In this way, synergy effects can be achieved, e.g., by combining transport tasks with similar destinations. Transfers have already been conceptually investigated for other areas of application, such as passenger or freight transportation. However, it remains open how they can be implemented for AGVS and which impact on the system performance can be achieved. The analysis is based on a concept that enables the dynamic transfer of transport loads between AGVS vehicles. It combines the findings from related domains with the requirements for the design of AGVS. A mathematical model describes the control task with the objective to reduce the operational deployment time of the vehicles for the execution of transportation tasks. Based on the model, selected computation methods for controlling AGVS are adapted to the concept. The evaluation is based on the investigation of test instances that describe particular planning scenarios in the context of the application of AGVS in intralogistics. Additionally, a material flow simulation evaluates whether the concept can be transferred to a dynamic system with stochastic uncertainties and real-time requirement for the calculation of control decisions. In conclusion, a concept is presented that integrates dynamic transfers into the AGVS use case. Common approaches of AGVS control were adapted to enable real-time control, taking dynamic transfers into account. Experiments revealed that the operational deployment time for single test instances was reduced by up to 30 %. The effect by dynamic transfers depends on the characteristics of the planning task (e.g., load exchange time of the vehicles). There were significant effects for suitable configurations, even with continuous planning, with a reduction of operational deployment time of the vehicles by more than 10 % or the number of vehicles needed. This leads to the conclusion that dynamic transfers have a positive effect on the performance of AGVS. Overall, the concept allows for improving the efficiency and cost-effectiveness of AGVS operation or even enabling their application.